[发明专利]纤维增强塑料制弹簧

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强塑料制弹簧，尤其涉及载荷负载时的破环状态的控制技术。

背景技术

例如在汽车领域中，使用施加弯曲载荷的脉动(片振)弹簧(盘簧、发条、板簧等)，对这些弹簧要求轻量化以及省空间化。例如为了实现轻量化，有提案替代金属制弹簧，使用纤维增强塑料制弹簧(以下，称为FRP弹簧)。

例如如图8所示，当对由支撑部52支撑的板簧51施加脉动的弯曲载荷P时，在载荷负载侧的上表面部产生压缩应力，在与载荷负载侧为相反侧的下表面部产生拉伸应力。此外，符号S是位于板簧51的厚度方向的中心的中立轴。当使用FRP板簧作为板簧51时，在压缩应力侧表面产生裂纹的可能性较大。

在FRP板簧中，即使产生少许裂纹，也容易导致破环，此时，如图7所示，示出脆性的破坏模态。因此，在破坏时不仅因碎片飞散而较危险，并且还有可能损伤周围部件。另外，由于破坏时的载荷变化较大，故有可能对乘车舒适度带来不好的影响。

为了防止破坏时的碎片的飞散，存在以中空的盖件覆盖包括纤维增强树脂的能量吸收部件的端部周围的技术(例如专利文献1)。

专利文献

专利文献1：日本特开平2005-47387号公报。

发明内容

然而，专利文献1的技术难以适用于板簧，而且，作为另外的部件，需要中空的盖件。另外，专利文献1的技术难以减小破坏时的载荷变化。

从而，本发明的目的在于提供一种纤维增强塑料制弹簧，其能够通过弹簧单体防止破坏时的碎片的飞散，而不需要使用另外的部件，并且能够减小破坏时的载荷变化。

本发明的纤维增强塑料制弹簧(以下称为FRP弹簧)的特征在于具备：交替地层叠了具有至少一层正方向定向层的正方向定向单元和具有至少一层负方向定向层的负方向定向单元的层叠构造，在正方向定向层中，纤维相对于长度方向以正方向的定向角度定向，在负方向定向层中，纤维相对于长度方向以负方向的定向角度定向。

在本发明的FRP弹簧中，例如当施加较大的脉动的弯曲载荷时，有时在层叠构造的各正方向定向层以及负方向定向层中产生脆性破坏。在此，在层叠构造中，具有至少一层正方向定向层的正方向定向单元与具有至少一层负方向定向层的负方向定向单元交替地层叠。此时，正方向定向单元的正方向定向层的定向方向相对于长度方向而言为正方向，负方向定向层的负方向定向层的定向方向相对于长度方向而言为负方向，因而正方向定向单元以及负方向定向单元的纤维的定向方向交叉。

从而，通过适当地设定正方向定向层以及负方向定向层的定向角度的绝对值，正方向定向单元与负方向定向单元的纤维在破坏时能够相缠。由此，当对例如作为本发明的一例的FRP板簧施加脉动的弯曲载荷时，弹簧整体的破坏模态如图6所示，不是脆性的，而是伪延性的。因此，弹簧整体能够慢慢地破坏。另外，通过适当地设定正方向定向层以及负方向定向层的定向角度的绝对值，能够获得能够作为弹簧使用的弹性模量以及强度，并且能够在各层中防止纤维之间的树脂处的断裂。根据以上内容，能够防止破坏时的碎片的飞散，而不需要使用另外的部件。另外，能够减小破坏时的载荷变化，因而乘车舒适度不会变差。

本发明的FRP弹簧能够使用各种构成。例如能够使用正方向定向层以及负方向定向层的定向角度的绝对值设定在20～30度的范围内的方式。在该方式中，因为将定向角度的绝对值设定在20度以上，所以正方向定向单元与负方向定向单元的纤维在破坏时能够充分地相缠。另一方面，因为将定向角度的绝对值设定为30度以下，所以能够获得能够作为弹簧使用的弹性模量以及强度，并且能够在各层中有效地防止纤维之间的树脂处的断裂。

另外，能够使用正方向定向单元具有一层正方向定向层、负方向定向单元具有一层负方向定向层、正方向定向层与负方向定向层交替地层叠的方式。在该方式中，全部的正方向定向层与负方向定向层邻接，所以层叠构造的全部的层在破坏时能够充分地相缠。

根据本发明的FRP弹簧，不仅当然能够获得能够作为弹簧使用的弹性模量以及强度，还能够获得能够通过弹簧单体防止破坏时的碎片的飞散，而不需要使用另外的部件，并且能够减小破坏时的载荷变化等效果。

附图说明

图1表示本发明的一个实施方式所涉及的纤维增强塑料制弹簧的构成，(A)为立体图，(B)为侧视图；

图2表示本发明的一个实施方式所涉及的纤维增强塑料制弹簧的一部分的构成，(A)为侧截面图，(B)为正方向定向层的截面图，(C)为负方向定向层的截面图；

图3是表示三点弯曲试验的实验结果的图表；